马伟捷
（四川西部能源股份有限公司 610000）
摘要：随着社会的不断进步，用电需求也在不断增加。在经过多年发展之后，我国目前已经在电力领域取得了国际领先的优势，能够为公众提供更加安全稳定的电能。在经过几十年的技术积累之后，风力发电已经逐渐呈现在公众面前，能够以更低的成本发出更加高质量的电能，极大的减小对环境的破坏。风力发电属于可再生能源，在实际应用中可以结合储能技术发挥出更大的作用。本文将对储能技术的原理以及特点进行说明，并且阐述储能技术在风力发电中的应用前景。
关键词：储能技术；风力发电；应用
随着我国不断的发展，对新能源的研究投入也越来越大，并且提出了新能源振兴计划。风力发电涉及到多方面的专业技术，要将风力发电技术引入到储能系统中，以此来更好的提高电能的质量。当前风力发电已经获得了一些应用，并且正朝着提高风电场输出功率的方向发展，可以预计的是到2020年左右，我国总体发电容量中将会有风力发电的较大份额。
一、储能技术的分类和特性
1.1 飞轮储能系统
飞轮储能涉及到动能和电能之间的相互转换，在得到电能之后，需要将电能转换成动能进行储存。当需要对该能量进行利用时，就需要将该动能转换为电能。飞轮储能系统中需要使用到许多性能优秀的材料技术以及电力电子变流技术，在实际应用中需要遵守能量守恒定律，但是也会存在一些能量损耗，最终飞轮储能系统的工作效率在90%左右。这种储能系统具有污染小，维修简单以及对环境影响小的优势，因此已经得到了很多应用。在后来的研究中发现，在飞轮储能系统中使用积木式组合之后，能够使得该储能系统的储能效率更高，输出的电能持续时间更长。在实际应用中，飞轮储能系统一般都应用在一些UPS和EPS中，能够发挥重要的作用。
1.2 超导储能系统
超导储能系统与飞轮储能系统存在一些区别，在工作过程中是将电能首先转变成磁场能量进行存储，等需要使用的时候再转换为电能。超导储能是比较先进的技术，能够实现对能量的长期存储，并且损耗更小，使得对能量的利用效率很高。在将磁场能量转换为电能时，能量转换的速度非常快，相比于飞轮储能系统，超导储能系统能够将能量转换效率提升至96%以上。在上世纪九十年代，关于超导储能技术方面的研究就已经比较成熟，并且在风力发电系统中得到了应用，使得能量交换过程更加便利。
1.3 蓄电池储能技术
蓄电池储能技术是最早在储能方面得到应用的，已经在生活中的很多方面得到了实际应用。经过很多年的研究之后，对于蓄电池储能技术的储能容量不断得到提高。目前铅酸电池的储能容量为20MW，铅酸电池在风力发电中应用比较广泛，这与铅酸电池的成本低以及可靠性高密不可分，并且对于环境的要求不是很严格。但是也存在一些缺陷，比如说当达到使用寿命之后很难进行无害化处理，造成对环境的影响。镍氢电池已经在2008年北京奥运会时得到了应用，北京地区的混合电动车都是使用镍氢蓄电池作为移动电源。但是镍氢电池的能量密度与其实际使用环境有关，当放电电流比较小时，其能量密度能够超过80kWh/kg，但是当放电电流比较大时，能量密度降低到40 kWh/kg。对于锂离子电池，由于其生产工艺比较复杂，并且受环境影响比较严重，因此也就造成锂离子电池无法胜任实际风力发电中的需求，很难进行应用。最后就是全钒液流电池，在应用时涉及到电解液和汞之间的相互作用，在电极表面发生氧化还原反应，以此来实现对电池的充放电过程。目前全钒液流电池已经成为研究的主流，我国国家科学院大连化学物理研究所已经掌握了比较领先的技术，并且在2008年时在风力发电场中100KW级储能系统中得到了应用。
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1.4 超级电容器储能技术
该技术能够提供更大的脉冲功率。在对该电容器进行充电时，在电极表面的离子不断的吸引异性的离子，最终因为吸引力的作用而依附在电极的表面，也就形成了双电层电容。一般超级电容器储能技术都用在电力系统中电能质量高峰值功率场合中，一旦出现负载过大导致电压跌落比较严重时，就能够立即放电，提高电压，使得供电更加稳定。但是目前国内关于这项技术的研究还有些落后，顶尖技术掌握在美国、日本、韩国以及一些欧洲国家。在风力发电系统中，同样能够使用超级电容器储能技术，使得风电的质量更高，稳定性更强。
1.5 其他储能形式
在电力系统的实际应用中，还有抽水储能、氢燃料电池储能以及压缩空气储能等这些方式。一般来说，抽水储能装置能够在调峰中发挥重大作用。但是这种技术由于需要建立抽水储能电站，很多地区由于环境不佳无法完成建造，也就导致该技术在很多地区无法得到应用。氢燃料电池需要实现化学能和电能之间的转换，使用到的化学物质为氢气，当氢气燃烧时，就需要将燃烧放出的能量转换为电能。但是目前氢气的价格比较昂贵，并且在运输过程中对环境要求比较高，稍有不慎就有可能出现爆炸。要想更好的使用氢燃料电池，就必须要解决好这些问题。在风力发电中，也可以将发电场作为氢气制造基地，这样就能够为一些以氢气为原料的汽车提供能源。但是目前由于技术的限制，该技术的成本还比较高，因此限制了该技术的应用。压缩空气储能也一般应用在调峰过程中，这种技术消耗的燃气比较少，具备节能的特性。当前大容量和复合化发电不断进行，可以预见的是关于压缩空气储能技术将会持续成为研究热点。
二、储能技术在风力发电中的应用前景分析
在经过技术积累之后，已经有很多储能技术在电力系统中得到了实际应用。在调峰中，一般会使用到抽水储能和压缩空气储能。但是在对电能质量进行保护时，使用电磁储能和飞轮储能比较合适。但是还是有很多储能技术无法得到应用，很大程度上都是因为成本的限制，并且还存在能量转换效率比较低的缺陷。在风力发电不断成为研究热点的背景下，各种储能技术的应用前景更加可观，因此就需要在未来的工作中不断加大对储能技术的研究，尽量减小成本，提高能量转换效率，这样才能够使得储能技术在风力发电中的应用更加广泛。考虑到风力发电的实际特征，需要从额定功率、桥接时间、技术成熟度、系统成本等多个方面对储能技术进行选用。目前高速飞轮和超级电容器这些技术已经能够使得风电场的输出电能功率更加平滑。
三、功率转换系统
在风力发电机和电网之间，需要建立功率转换系统，以此来实现负载和储能单元之间的双向能量传递。根据在风力发电场中的环境不同，功率转换系统也可以分为：单台风机直流侧并联PCS、风电场交流侧并联PCS、风电场HVDC输电直流侧并联PCS以及混合储能系统PCS 拓扑结构。第一种功率转换系统在双馈风力发电机中应用比较多，当PCS并联在永磁同步电机的转子直流母线侧时，需要增设直流变交流设备。第二种功率转换系统一般在风电场的出口处的低压侧进行安装，并且需要加设交流变直流设备。第三种功率转换装置需要辅助对储能单元进行控制，实现对充放电功率的控制，对风能的波动进行补偿。第四种功率转换装置使用超级电容器和蓄电池组成，能够降低电池的损耗程度，提高系统工作效率。
四、结语
随着我国政府不断加大对新能源的重视，风力发电已经成为了研究热点。在风力发电过程中，需要联合储能技术实现协同发现，才能保证输出电能功率更加稳定。当前对于储能技术的研究比较成熟，但是基本都掌握在国外一些企业中，在对这些储能技术进行引进时价格比较高，也就限制了其应用。因此我国需要在今后加强对储能技术的研究力度，掌握自主知识产权，这样才能够实现对储能技术的广泛使用。政府也应当制定相应的政策支持，要鼓励电力企业对储能技术进行研究，努力在混合式储能技术研究中占据优势地位。
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论文作者:马伟捷
论文发表刊物:《河南电力》2018年6期
论文发表时间:2018/9/11
标签：储能论文; 技术论文; 电能论文; 风力发电论文; 系统论文; 能量论文; 功率论文; 《河南电力》2018年6期论文;